【2017年整理】DBPSK传输系统实验

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1、实验五 DBPSK 传输系统实验一、实验原理和电路说明差分 BPSK 是相移键控的非相干形式，它不需要在接收机端恢复相干参考信号。非相干接收机容易制造而且便宜，因此在无线通信系统中被广泛使用。在 DBPSK 系统中，输入的二进制序列先差分编码，然后再用 BPSK 调制器调制。差分编码后的序列a n是通过对输入 bn 与 an-1 进行模 2 和运算产生的。如果输入的二进制符号 bn 为 0，则符号 an 与其前一个符号保持不变，而如果 bn 为1，则 an 与其前一个符号相反。差分编码原理为： )(1()nban其实现框图如图 3.3.1 所示：a(n-1) 存 贮输 入 码 流 输 出 码

2、流b(n) a(n)图 3.3.1 差分编码示意图一个典型的差分编码调制过程如 3.3.2 图所示：输 入 数 据差 分 编 码 数 据载 波 相 位 参 考011000111101111010000图 3.3.2 差分编码与载波相位示意图在 DBPSK 中,其不需要进行载波恢复 ,但位定时仍是必须的。在 DPSK 中如何恢复位定时信号，初看起来比较复杂。我们仍按以前的信号定义，如图 3.3.3所示：0S(n-2)S(n-1)S(n)S(n+1)S(n+2)图 3.3.3 位定时误差信号提取实际上其与相干 BPSK 中的位定时恢复是一样的，由于其存在一个较小的系统剩余频差（发送中频与接收本地载

3、波的频差，其与码元速率相比而言一般较小） ，结果是在每个剩余频差的周期中，具有很多有码元信号（例如对于64KBPS 的速、剩余频差为 1KHZ，则每个剩频差的周期中可包含 64 个码元符号） 。从这些码元信号中可以根据下面的公式对位定时误差的大小进行计算： )2()()(nSnSeb当然在剩余载波发生正负变化时，按上式提取的位定时误差信号可能出现不正确的情况，但只要在位定时误差信号的输出端加一滤波器，就可以克服在DBPSK 中剩余载波的影响（在相对剩余载波不大时） 。位定时的调整如下：如果 ，则位定时抽样脉冲向前调整；反之应0)(neb向后调整。对 DBPSK 的解调是通过比较接收相邻码元信号

4、（I，Q）在星座图上的夹角,如果大于 900 则为 1，否则为 0,如图 3.3.4 所示: 判 为 0判 为 1上 一 个 样 点下 一 个 样 点下 一 个 样 点图 3.3.4 DBPSK 差分解调示意图即按下式进行： )2()2()( nQnInD如果 ，则判为，反之判为 0。0)(nD虽然 DBPSK 差分解调降低了接收机复杂度的优点，但它的能量效率比相干BPSK 低 3dB。在加性高斯白噪声环境中，平均错误概率如下所示： )exp(210NEPb在 DBPSK 方式中，由于不需要恢复载波，因而不能观察到接收端的眼图信号。但可以观察抽样判决点之前的信号波形来判断接收信号的质量与解调性

5、能。差分 BPSK 的抽样判决点波形较相干 BPSK 要差，如图 3.3.5 所示。图 3.3.5 DBPSK 解调的抽样判决点波形在通信原理综合实验系统中，差分 BPSK 的解调过程如图 3.3.6 所示：1、在图中，A/D 采样速率为 4 倍的码元速率，即每个码元采样 4 个样点。2、采样之后，进行平方根 Nyquist 匹配滤波。3、将匹配滤波之后的样点进行样点抽取，每两个样点抽取一个采样点。即每个码元采样 2 个点并送入后续处理。4、将每个码元 2 个点进行位定时处理，根据位定时误差信号对位定时进行调整。测量点 TPH02 为恢复位定时时钟。5、将位定时处理之后的最佳样点送入后续处理（

6、即又进行了 2:1 的样点抽取） 。6、对最佳样值进行差分解调，并进行判决处理，判决前信号可在测量点观察到。低通滤波 A/D判决TPJ05TPN02TPN04低通滤波TPJ06中放 VCXO 90度A/D 匹配滤波匹配滤波样点抽取2/1 样点抽取2/1 位定时TPMZ07延时图3.6 DBPSK的DSP解调方框图二、实验仪器1、 JH5001 通信原理综合实验系统 一台2、 20MHz 双踪示波器 一台3、 JH9001 型误码测试仪（或 GZ9001 型） 一台三、实验目的1、 了解 BPSK 差分解调的基本工作原理；2、 掌握 DBPSK 数据传输过程；3、 掌握 BPSK/DBPSK 性

7、能的测试；4、 熟悉 DBPSK 在噪声信道下的基本性能；5、 了解 DBPSK 在衰落信道下的基本性能；四、实验内容测试前检查：首先通过选择菜单将通信原理综合实验系统调制方式设置成“DBPSK 传输系统 ”；用示波器测量 TPMZ07 测试点的信号，如果有脉冲波形，说明实验系统已正常工作；如果没有脉冲波形，则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。（一）DBPSK 调制1. 差分编码观测通信原理实验箱仅对“ 外部数据输入 ”方式输入数据提供差分编码功能。外部数据可以来自误码仪产生或汉明编码模块产生的 m 序列输出数据。当使用汉明编码模块产生的 m 序列输出数据时，将汉明编码模块中的信号工作

8、跳线器开关 SWC01 中的 H_EN 和 ADPCM 开关去除，将输入信号跳线开关 KC01 设置在 m 序列输出口 DT_M 上（右端） ；将汉明译码模块中汉明译码使能开关KW03 设置在 OFF 状态（右端） ，输入信号和时钟开关 KW01、KW02 设置在来自信道 CH 位置（左端） 。通过菜单选择发送数据为“外部数据输入” 方式。（1） 将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关 SWC01 中 M_SEL2 跳线器插入，产生 7 位周期 m 序列。用示波器同时观察 DSP+FPGA 模块内发送数据信号 TPM02（或汉明编码模块 TPC04 输出的 m 码序列）和差分编码输出数据 TPM

9、03，分析两信号间的编码关系。记录测量结果。（2） 将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关 SWC01 中 M_SEL2 和M_SEL2 跳线器都插入，产生 15 位周期 m 序列，重复上述测量步骤。记录测量结果。2. DBPSK 调制信号眼图观测（1） 通过菜单选择不激活“匹配滤波” 方式（未打勾） ，此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。以发送时钟（TPM01 ）作同步，观测发送信号眼图（TPi03）的波形。成型滤波器使用升余弦响应， =0.4。判断信号观察的效果。（2） 通过菜单选择激活“匹配滤波” 方式（打勾） ，此时系统构成收发匹配滤波最佳接收机，重复上述实验步骤。仔细观察和区别与

10、上述两种方式下发送信号眼图（TPi03）的波形。注：当通过选择菜单激活“匹配滤波” 方式时，表示系统按匹配滤波最佳接收机组成，即发射机端和接收机端采用同样的开根号升余弦响应滤波器。当未激活“匹配滤波 ”方式时，系统为非匹配最佳接收机，整个滤波器滚降特性全部放在发射机端完成，但信道成型滤波器特性不变。3. I 路和 Q 路调制信号的相平面（矢量图）信号观察（1） 测量 I 支路（TPi03）和 Q 支路信号（TPi04）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察 TPi03 和 TPi04 的合成矢量图，其相位矢量图应为 0、 两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型

11、下进行测量；结合 BPSK 调制器原理分析测试结果。（2） 通过菜单选择“ 匹配滤波 ”方式设置，重复上述实验步骤。仔细观察和区别两种方式下矢量图信号。4. DBPSK 调制信号 0/ 相位测量选择输入调制数据为 01 码。用示波器的一路观察调制输出波形（TPK03） ，并选用该信号作为示波器的同步信号；示波器的一路连接到调制参考载波上（TPK06/或 TPK07） ，以此信号作为观测的参考信号。仔细调整示波器同步，观察和验证调制载波在数据变化点发生相位 0/ 翻转。5. DBPSK 调制信号包络观察DBPSK 调制为非恒包络调制，调制载波信号包络具有明显的过零点。通过本测量让学生熟悉 DBP

12、SK 调制信号的包落特征。测量前将模拟锁相环模块内的跳线开关 KP02 设置在 TEST 位置（右端） 。（1） 选择 0/1 码调制输入数据，观测调制载波输出测试点 TPK03 的信号波形。调整示波器同步，注意观测调制载波的包落变化与基带信号（TPi03 ）的相互关系。画下测量波形。（2） 用特殊码序列重复上一步实验，并从载波的包络上判断特列码序列。画下测量波形。（3） 用 m 序列重复上一步实验，观测载波的包络变化。6. DBPSK 调制信号频谱测量此项测量视学校仪表情况而定，无频谱仪可不测量。测量时，用一条中频电缆将频谱仪连结接到调制器的 KO02 端口。调整频谱仪中心频率为 1.024

13、MHz，扫描频率为 10KHz/DIV，分辨率带宽为 110KHz左右，调整频率仪输入信号衰减器和扫描时间为合适位置。通过菜单选择 m 序列码输入数据，观测 DBPSK 信号频谱。测量调制频谱占用带宽、电平等，记录实际测量结果，画下测量波形。7. DBPSK 调制信号频谱载漏信号测量此项测量视学校仪表情况而定，无频谱仪可不测量。频谱仪连接、设置同上。通过菜单选择 0/1 码输入数据，观测 DBPSK 信号频谱。测量调制频谱载漏与信号电平的差值，记录实际测量结果，画下测量波形。（二）DBPSK 解调1. 接收端解调眼图信号观测（1） 首先用中频电缆连结 KO02 和 JL02，建立中频自环（自发

14、自收） 。测量解调器 I 支路眼图信号测试点 TPJ05（在 A/D 模块内）波形，观测时用发时钟 TPM01 作同步。思考：与 BPSK 解调器眼图有何不同，此时为什么看不到信号眼图？（2） 将跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置，调整电位器 WL01 以改变收发频差，重复上述测量步骤（示波器时基设定在 25ms） ，并分析测试结果。（3） 观测正交 Q 支路眼图信号测试点 TPJ06（在 A/D 模块内）波形。联系 BPSK 解调器失锁时的眼图信号测量内容，分析解释其原因。（4） 测试模块中的 TPN02 测试点为接收端经匹配滤波器之后的眼图信号观测点。通过菜单选择“匹配滤波” 方式设

15、置，重复上述实验步骤。2. 接收端 I 路和 Q 路调制信号的相平面（矢量图）信号观察（1） 测量 I 支路（TPJ05）和 Q 支路信号（TPJ06）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察 TPJ05 和TPJ06 的合成矢量图。因 DPSK 采用非相干解调，不需要恢复相干载波，其相位矢量图应为 0、 相位矢量旋转图，旋转速度取决收发本振频率的频差。（2） 将跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置，调整电位器 WL01 以改变收发频差，观察测量波形，并分析测试结果。3. 解调器抽样判决点信号观察（1） 选择输入测试数据为 m 序列，用示波器观察测试模块内抽

16、样判决点（TPN04）的工作波形（示波器时基设定在 25ms ） 。（2） 将跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置，调整电位器 WL01 以改变收发频差，观察对抽样判决点信号波形有无影响。（3） TPMZ07 为接收端 DSP 调整之后的最佳抽样时刻。用示波器同时观察 TPMZ07（观察时以此信号作同步）和观察抽样判决点 TPN04 波形（抽样判决点信号）的之间的相位关系。4. 解调数据观察（1） 在上述设置跳线开关基础上，用示波器同时观察 DSP+FPGA 模块内接收数据信号 TPM04 和发送数据信号 TPM02，比较两数据信号进行是否相同一致（正常差分译码） 。（2） 通过菜单选择发送数据为“特殊码序列” 方式，测量发送与接收数据信号的传输延时，记录测量结果。（3） 在“特殊码序列 ”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让解调器重新锁定，观测 DBPK 解调器电路是否正确解码。5